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三相三柱式配电变压器负载特性对其空载损耗在线检测的影响

空载损耗是变压器的重要参数之一,合肥工业大学电气与自动化工程学院、国网安徽电力培训中心的研究人员邹明继、吴琦、马璐瑶、鲍晓华,在2019年《电工技术学报》增刊2上撰文,针对三相三柱式小容量配电变压器,提出一种在线检测其空载损耗的方法,推导出空载损耗的精确计算公式,并建立空载损耗计算数学模型。该研究为变压器额定容量的在线检测提供了参考依据。

随着我国经济的发展,用电量增大,用户对供电可靠性要求也不断提高,变压器作为电力系统中重要的输配电设备,尤其是35kV及以下电压等级的配电变压器(简称“配变”)分布范围广、数量大,这部分配变直接面对终端用户,其性能参数直接影响着电网的安全、可靠和经济运行。

空载损耗和短路损耗是变压器的重要性能参数,一方面反映变压器在运行中的效率,另一方面又直接影响到变压器的其他重要参数,此外,空载损耗的在线检测还可以作为判断配电变压器额定容量的重要依据,可以有效解决实际运行中可能出现的铭牌丢失、铭牌容量与实际不符(一般是铭牌容量小于变压器真实容量)等问题。因此变压器空载损耗的检测以及额定容量的确定对供电公司具有重大意义。

目前电力系统主要是在离线状态下通过空载试验和短路试验来测量空载损耗和短路损耗,对新入网的变压器可较为方便地进行测量,但对于挂网运行的变压器,把运行中的变压器拆下来进行试验,既浪费了大量的人力物力,又影响供电的连续性,存在很大弊端。

变压器的空载损耗大小受很多因素影响,包括自身设计结构、铁芯材料、绕组类型等,然而对于一台已经出厂并投放运行的配电变压器,通常认为其空载损耗为定值并且可以通过一定的方法测量。

有学者提出了一种在线测量并计算空载损耗和负载损耗的方法,根据等效电路推导出了空载损耗和短路损耗计算公式,但没有进行误差分析,无法保证计算的准确性。有学者将所测的数据进行拟合,虽然提高了准确度并开发了一套变压器损耗在线监测系统,但依然是围绕等效电路建立电气方程来计算损耗,而且没有考虑负载特性对空载损耗的影响。

鉴于此,合肥工业大学电气与自动化工程学院、国网安徽电力培训中心的研究人员,针对电力系统中常见的三相三柱式小容量配电变压器,基于“黑匣子”理论提出一种变压器空载损耗在线检测新方法。

在现场不断电的情况下采集变压器电压和电流数据,建立空载损耗关于二次侧负载电流的数学模型,进行多项式拟合,找到最优解,然后通过分析变压器铁心中的磁场分布,分别计算出涡流损耗、磁滞损耗以及额外附加损耗,验证了拟合方程的可行性和精确性;最后分析了配电变压器负载特性对其空载损耗的计算误差影响,并结合理论推导进行了谐波分析,再次验证了拟合公式的正确性。

研究人员就所做的工作得出以下结论:

1)相比于传统的离线测量方法,所提出的变压器空载损耗在线检测方法大大简化了配电变压器的测量过程,降低了测量成本,并且精度也得到了保障。同时为变压器额定容量的在线检测提供了思路。

2)利用有限元仿真,通过场计算的方法计算出不同容量变压器的空载损耗,取其有效值,结果与数据拟合的结果相吻合,证明了该拟合方法结果上的正确性。

3)考虑到配电变压器运行过程中的过负荷情况,研究人员讨论了负载特性对空载损耗在线测量的影响,并通过对空载损耗的谐波分析,得出的结果与理论一致,验证了所建立数学模型与拟合多项式理论上的合理性与可行性。

以上研究成果发表在2019年《电工技术学报》增刊2,论文标题为“三相三柱式配电变压器负载特性对其空载损耗在线检测的影响”,作者为邹明继、吴琦、马璐瑶、鲍晓华。


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